【Nature子刊】南开大学庞代文课题组：量子点单病毒示踪技术破解病毒动态感染机制|荧光|细胞|显微镜|宿主

【Nature子刊】南开大学庞代文课题组：量子点单病毒示踪技术破解病毒动态感染机制

2022-12-07 17:43:04　来源: 转化医学网

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作者：Jevin

导读：单病毒追踪（SVT）提供了实时监测单个病毒的旅程并探索活细胞中病毒与细胞结构之间的相互作用的机会，这有助于表征复杂的感染过程并揭示相关的动态机制。然而，传统荧光标签的低亮度和较差的光稳定性极大地限制了SVT技术的发展，并且在长时间内进行多色SVT仍然存在挑战。

2022年11月30日，南开大学庞代文教授团队使用他们之前系统研究的病毒作为示例，为QSVT实施提供了详细的操作流程。描述了在活细胞中进行QSVT实验的具体程序，包括病毒制备，QD标记策略，成像方法，图像处理和数据分析。

https://www.nature.com/articles/s41596-022-00775-7

病毒追踪技术

基于量子点（QD）的单病毒追踪（QSVT）技术是一种成像方法，利用量子点作为荧光标签标记不同的病毒成分，荧光显微镜研究单个病毒的感染过程以及病毒与细胞成分之间的动态关系。在QSVT实验中，可以在宿主细胞内长期实时监测单个病毒或标记有量子点的病毒成分的行为。在重建单个病毒的运动轨迹后，可以细致地提取相关的动态信息，以揭示病毒的感染机制。量子点的极高亮度和出色的光稳定性有助于对单个病毒进行从毫秒到几小时的高对比度和长时间跨度成像，并允许以纳米级精度定位单个病毒，颜色可调的发射具有窄全宽和半最大值，使量子点成为病毒同步多组分标记的出色标记，具有单病毒灵敏度。

因此，量子点极大地促进了单病毒追踪（SVT）技术的发展，特别是对于需要长期和多色成像的病毒之旅以及病毒-细胞相互作用的单病毒水平研究等应用。

“六阶段”操作流程

在过去的十年中，庞代文团队一直在进行与QSVT相关的研究，并做了大量工作来推动该技术的发展，并系统地探索病毒感染的机制。近年来QSVT技术取得了许多方法上的改进，尤其是在图像处理和成像算法方面。QSVT技术已经成为一种成熟且常用的病毒跟踪方法。研究团队使用一套操作流程来说明QSVT如何可以很容易地用于破译病毒的复杂感染过程和揭示潜在的机制，分为六个阶段。

第 1 阶段：病毒扩增和纯化

应首先对病毒储液进行扩增纯化，以获得符合病毒有效标记要求的样品，以避免成像过程中非病毒结构的干扰。

第 2 阶段：细胞标记和药物抑制

细胞需要接种在玻璃底培养皿中进行共聚焦成像。由于细胞和病毒成分之间的动态相互作用是贯穿病毒整个生命周期的连续过程，因此用FPs或有机染料标记细胞结构可用于识别病毒在活细胞中的特定位置，并且使用常见抑制剂抑制细胞功能可用于识别病毒感染的细胞摄取和运输途径。因此，细胞标记和药物抑制是研究病毒感染不同阶段的可选步骤，可以根据实验目的选择在成像前单独或同时处理细胞样品。

第 3 阶段：使用 QD 标记病毒

在病毒感染活细胞的病毒过程中，随着感染过程的推进，病毒的不同成分被动态分解，因此病毒的内部和外部成分应单独或同时用QD标记，以全面了解病毒感染的机制。一旦标记的病毒与培养皿中培养的细胞一起孵育，就会开始感染并可以进行成像。

第 4 阶段：图像采集

活细胞中单个病毒的感染行为可以用配备具有足够灵敏度和快速采集能力的检测器的荧光显微镜进行监测。二维（2D）、三维（3D）和多色 QSVT 技术可以通过使用转盘共聚焦显微镜（SDCM）来准确跟踪单个病毒颗粒的运动行为。

第 5 阶段：图像处理

在获取包含大量信息的显微镜图像后，需要通过图像处理步骤获得病毒感染行为的轨迹，包括降噪、粒子定位和轨迹重建。

第 6 阶段：数据分析

最后，通过分析病毒运动轨迹，包括转运特性分析、荧光强度分析和多色图像分析，提取与病毒感染相关的动态参数，揭示潜在的病毒感染机制。

应用价值与意义

病毒感染是一个复杂的过程，其中病毒以时空方式与宿主细胞动态相互作用，QSVT技术有助于深入研究各种动物病毒在其宿主细胞中的运输行为以及感染途径的潜在机制。通过补充细胞标记技术和药物抑制测定，该技术允许广泛访问有关与病毒相关的细胞成分的动态信息，以揭示其潜在的生物学机制。因此，该技术适用于需要研究病毒感染动态机制的广泛情况。例如，新兴病毒的动态感染机制迫切需要这种技术，迄今为止制定的策略和工具可能会推动病毒预防和病毒疫苗开发领域。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41596-022-00775-7

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。